Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo: para agroecosistemas de la zona cafetera de Colombia

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(1)2011 DESA D ARR ROLL LO DE D UN U SIST S TEMA A D MON DE M NITO OREO DE D CA ALID DAD D DE EL SUEL S LO: PAR RA AGR ROE ECOSIST TEM MAS DE LA ZO ONA A CAFET TERA A DE E CO OLO OMBIA. JOSE ALEX XANDEER ROD DRÍGU UEZ UNIIVERSIDA AD TECNOLÓGICA A DE PER REIRA FA ACULTAD D DE CIEN NCIAS AM MBIENTA ALES. M MAEST TRÍA EN EC COTECN NOLOG GÍA.

(2) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE CALIDAD DEL SUELO: PARA AGROECOSISTEMAS DE LA ZONA CAFETERA DE COLOMBIA. JOSE ALEXANDER RODRÍGUEZ. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES MAESTRÍA EN ECOTECNOLOGÍA PEREIRA 2011.

(3) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE CALIDAD DEL SUELO: PARA AGROECOSISTEMAS DE LA ZONA CAFETERA DE COLOMBIA. JOSE ALEXANDER RODRÍGUEZ D.I 10.003.507. Tesis de Grado presentada como Requisito para optar al título de Magíster en Ecotecnología. Director Ph D. Juan Carlos Camargo García. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES PEREIRA 2011.

(4) Esta tesis ha sido aceptada, por la escuela de posgrados de la Facultad de Ciencias Ambientales y aprobada por los evaluadores del estudiante como requisito para optar al grado de MAGISTER SCIENTIAE. UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES MAESTRIA DE ECOTECNOLOGÍA. “DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE CALIDAD DEL SUELO: PARA AGROECOSISTEMAS DE LA ZONA CAFETERA DE COLOMBIA”. Tesis de Maestría presentada por Jose Alexander Rodríguez, Administrador Ambiental, en satisfacción de los requisitos necesarios para optar al grado de MAGISTER EN ECOTECNOLOGÍA. DIRECTOR DE LA TESIS:. Dr. Juan Carlos Camargo García Profesor Titular Facultad de Ciencias Ambientales Universidad Tecnológica de Pereira EVALUADORES DE LA TESIS:. MSc. Miguel Angel Dossman Gil Profesor Catedrático Facultad de Ciencias Ambientales Universidad Tecnológica de Pereira. MSc. Jesus H. Galvis Quintero Asistente de Investigación CIAT Centro Internacional de Agricultura Tropical. Pereira, 2011.

(5) AGRADECIMIENTOS A Juan Carlos Camargo por su confianza y apoyo, por las grandes enseñanzas y la paciencia al impartirlas, gracias a ello pude llevar a buenos términos esta investigación. A Eduardo Marulanda por permitirme realizar los muestreos y evaluación en sus predios. A Jesus Galvis y a Miguel Dossman por sus recomendaciones acertadas. A la Universidad Tecnológica de Pereira (Facultad de Ciencias Ambientales), el CIEBREG y a COLCIENCIAS por la financiación y apoyo en el desarrollo de esta investigación. Y por último, especial agradecimiento a Giovanny Grajales que quien con su apoyo y trabajo me fue posible la obtención de los resultados de este trabajo. DEDICATORIA A mi mama Mariela que se que siempre me cuida y protege y que se que estaría muy orgullosa de todos mis logros. A Dios por la fuerza que me ha dado siempre para seguir adelante; a mi familia que desde donde están me apoyan y alientan para que siga luchando sintiéndose muy orgullosas de mis logros, que sepan que todo lo hago por el amor que les tengo y por el afán de lograr grandes cosas..

(6) CONTENIDO. 1.. RESUMEN ................................................................................................................................................. 1. 2.. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 2. 3.. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................................................... 4. 4.. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................................... 5. 5.. MARCO CONTEXTUAL........................................................................................................................... 7. 6.. MARCO CONCEPTUAL ......................................................................................................................... 10 6.1 AGROECOSISTEMAS ............................................................................................................................................ 10 6.2 FUNCIONES DEL SUELO........................................................................................................................................ 10 6.3. CALIDAD DEL SUELO ........................................................................................................................................... 11 6.4 EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL SUELO............................................................................................................. 11 6.5 INDICADORES DE LA CALIDAD DEL SUELO ........................................................................................................... 12 6.5.1 Degradación del Suelo ................................................................................................................................ 13 6.5.2 Estabilidad Estructural ............................................................................................................................... 13 6.5.3 Fertilidad ..................................................................................................................................................... 13 6.5.4 Erosión hídrica ........................................................................................................................................... 14 6.6 MONITOREO DEL SUELO ...................................................................................................................................... 14 6.6.1 Métodos Convencionales ............................................................................................................................. 15 6.6.2 Métodos Alternativos ................................................................................................................................... 15. 7.. OBJETIVOS ............................................................................................................................................. 16 7.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................................ 16 7.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................................................................... 16. 8.. ALCANCES DE LOS OBJETIVOS Y RESULTADOS ESPERADOS .................................................... 16. 9.. HIPÓTESIS DEL TRABAJO ................................................................................................................... 16. 10.. METODOLOGÍA ..................................................................................................................................... 17. 10.1 ÁREA DE ESTUDIO .............................................................................................................................................. 17 10.2 DISEÑO MUESTRAL Y EXPERIMENTAL................................................................................................................ 25 10.3 EVALUACIÓN CONVENCIONAL DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS SUELOS Y PÉRDIDA DE SUELO ................................................................................................................................................. 26 10.3.1 Análisis Estadísticos .................................................................................................................................. 28 10.4 EVALUACIÓN ALTERNATIVA DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS...................................................... 28 10.4.1 Escorrentía y Pérdida de suelo ................................................................................................................. 28 10.4.2 Estabilidad de Agregados ......................................................................................................................... 31 10.4.3 Infiltración ................................................................................................................................................. 33 10.4.4 Análisis Estadístico ................................................................................................................................... 33 10.5 IDENTIFICACIÓN DE INDICADORES DE LA CALIDAD DEL SUELO ......................................................................... 34 10.6 DESARROLLO DE UNA ESTRATEGIA DE MONITOREO DE LA CALIDAD DEL SUELO .............................................. 34 11.. RESULTADOS ......................................................................................................................................... 36. 11.1 MÉTODOS CONVENCIONALES PARA LA DETERMINACIÓN DE CAMBIOS EN LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL SUELO. ......... 36 11.1.1 Evaluación en áreas No Controladas ........................................................................................................ 36 11.1.2 Evaluación en áreas Semicontroladas. ..................................................................................................... 37 11.1.3 Evaluación en Áreas Controladas. ............................................................................................................ 39 11.2 MÉTODOS ALTERNATIVOS PARA DESCRIBIR PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS. ................................................................ 43 11.2.1 Evaluación en áreas No Controladas. ....................................................................................................... 43 11.2.2 Evaluación en áreas Semicontroladas. ..................................................................................................... 43 11.2.3 Análisis de métodos no convencionales en áreas Controladas. ................................................................ 44 11.3 DEFINICIÓN DE INDICADORES DE LA CALIDAD DEL SUELO. ................................................................................................ 45 i.

(7) 11.3.1Identificación de propiedades físicas y químicas como indicadores de calidad del suelo en las tres áreas de muestreo. ......................................................................................................................................................... 45 11.3.2Análisis de correlación entre propiedades físicas, químicas convencionales y alternativas en las tres áreas de muestreo................................................................................................................................................. 46 11.3.2.1 Áreas No Controladas ............................................................................................................................ 47 11.3.2.2 Áreas Semicontroladas ........................................................................................................................... 47 11.3.2.3 Áreas Controladas .................................................................................................................................. 48 11.3.3 Análisis de componentes principales para la selección de indicadores de calidad del suelo. .................. 48 11.4 IDENTIFICACIÓN DE INDICADORES DE CALIDAD DEL SUELO. .............................................................................................. 52 11.4.1 SELECCIÓN DE LAS PROPIEDADES PARA LA IDENTIFICACIÓN DE INDICADORES DE CALIDAD DEL SUELO. .................................... 52 11.4.2 UMBRALES PARA LA VALORACIÓN DE LOS INDICADORES DE CALIDAD DEL SUELO PROPUESTOS.............................................. 58 11.4.2.1 Variables Químicas ................................................................................................................................ 58 11.4.2.2 Propiedades Físicas del Suelo................................................................................................................ 60 12.. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................................................................................. 64. 13.. ESTRATEGIA DE MONITOREO DE CALIDAD DEL SUELO. ............................................................ 73. 13.1 DEFINICIÓN DE OBJETIVOS DEL MONITOREO. ................................................................................................................ 73 13.2EVALUACIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LA UNIDAD DE MONITOREO. .............................................................................. 73 13.3DEFINICIÓN DE SITIOS DE MONITOREO. ........................................................................................................................ 74 13.3.1 Obtención de la información de la unidad de monitoreo .......................................................................... 74 13.3.2 Definición de los Criterios de estratificación de las unidades de monitoreo ............................................ 74 13.4 SELECCIÓN DE INDICADORES DEL MONITOREO .............................................................................................................. 76 13.5 SELECCIÓN DEL PUNTO DE MONITOREO. ...................................................................................................................... 76 13.6 Tamaño Muestreal ........................................................................................................................................ 77 13.7 ESTABLECIMIENTO DE PARCELAS DE SEGUIMIENTO Y DE LA LÍNEA BASE............................................................................... 78 14.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................................................... 79. 15.. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................... 83. ANEXOS ........................................................................................................................................................... 93 ANEXO 1. Coeficiente de correlación entre propiedades físicas y químicas del suelo evaluadas mediante métodos convencionales y alternativos para las áreas no controladas. ................................................................................. 95 ANEXO 2. Coeficiente de correlación entre propiedades físicas y químicas del suelo evaluadas mediante métodos convencionales y alternativos para las áreas Semicontroladas. .............................................................................. 96 ANEXO 3. Coeficiente de correlación entre propiedades físicas y químicas del suelo evaluadas mediante métodos convencionales y alternativos para las áreas Controladas. ..................................................................................... 97 ANEXO 4 DIAGRAMA MONITOREO DE CALIDAD DE SUELO .................................................................................. 98 ANEXO 5 FORMATO MONITOREO DE CALIDAD DEL SUELO .................................................................................. 99 ANEXO 6 REGISTRO DE DATOS FISICOS Y QUIMICOS.......................................................................................... 101. ii.

(8) LISTA DE TABLAS Tabla 1. Tabla 2. Tabla 3. Tabla 4. Tabla 5.. Propiedades físicas evaluadas y métodos de evaluación. ................................ 27 Propiedades químicas y métodos de evaluación.............................................. 27 Propiedades físicas y métodos alternativos de evaluación ............................ .28 Velocidades y clases de infiltración ................................................................ 33 Promedios de las propiedades físicas evaluadas con los métodos convencionales en las áreas no controladas. .................................................... 36 Tabla 6. Promedio de las propiedades químicas evaluadas con los métodos convencionales en las áreas no controladas. .................................................... 37 Tabla 7. Promedio de las propiedades físicas evaluadas con los métodos convencionales en las áreas semicontroladas .................................................. 38 Tabla 8. Promedio de las propiedades químicas evaluadas con los métodos convencionales en las áreas semicontroladas .................................................. 39 Tabla 9. Promedios de las propiedades físicas evaluadas con los métodos convencionales en las áreas controladas……………………………………..40 Tabla 10. Promedio de las propiedades químicas evaluadas con los métodos Convencionales en las áreas controladas. ........................................................ 41 Tabla 11. Promedios de las propiedades físicas evaluadas con los métodos no convencionales en las áreas no controladas. .................................................... 43 Tabla 12. Promedios de las propiedades físicas evaluadas con los métodos no convencionales en las áreas Semicontroladas. ................................................ 43 Tabla 13. Promedios de las variables físicas evaluadas con los métodos no convencionales en las áreas controladas. ......................................................... 44 Tabla 14. Propiedades físicas identificadas como indicadores de calidad del suelo evaluadas con métodos convencionales en los tres sitios de muestreo.. ......... 45 Tabla 15. Propiedades químicas identificadas como indicadores de calidad del suelo evaluadas con métodos convencionales en los tres sitios de muestreo. ........... 46 Tabla 16. Propiedades físicas evaluadas con métodos alternativos identificadas como indicadores de calidad del suelo en los tres sitios de muestreo. ....................... 46 Tabla 17. Resumen del resultado del análisis de componentes principales de las propiedades convencionales.. .......................................................................... 49 Tabla 18. Resumen del resultado del análisis de componentes principales de las propiedades alternativas. ................................................................................. 49 Tabla 19. Resumen del resultado del análisis componentes principales de las propiedades convencionales en las áreas de muestreo no controladas ............ 50 Tabla 20. Resumen del resultado del análisis componentes principales de las variables alternativas en las áreas de muestreo no controladas. ...................................... 51 Tabla 21. Resumen del resultado del análisis componentes principales de las propiedades convencionales en las áreas de muestreo semicontroladas .......... 51 Tabla 22. Resumen del resultado del análisis componentes principales de las propiedades alternativas en las áreas de muestreo semicontroladas................. 51 Tabla 23. Resumen del resultado del análisis componentes principales de las variables convencionales en las áreas de muestreo controladas. .................................... 52 Tabla 24. Resumen del resultado del análisis componentes principales de las variables alternativas en las áreas de muestreo controladas............................................. 52 Tabla 25. Propuesta de indicadores generales de calidad del suelo aplicables a cualquier caso ................................................................................................................... 53. iii.

(9) Tabla 26. Propuesta de indicadores de calidad del suelo para áreas y coberturas estables.............................................................................................................. 55 Tabla 27. Propuesta de indicadores de calidad del suelo para coberturas establecidas en corto tiempo ................................................................................................ 56 Tabla 28. Propuesta de indicadores de calidad del suelo para coberturas anuales ........... 57 Tabla 29. Rangos y clasificación de la acidez del suelo ................................................... 58 Tabla 30. Rangos y clasificación de la saturación de Aluminio. ..................................... 58 Tabla 31. Rangos y clasificación de la Capacidad de intercambio Catiónico del suelo.. 59 Tabla 32. Rangos y clasificación del contenido de Fósforo en el suelo. ......................... 59 Tabla 33. Rangos y clasificación del contenido de Materia Orgánica y Nitrógeno Orgánico ........................................................................................................... 59 Tabla 34. Rangos y clasificación del contenido de Potasio en el suelo ............................ 60 Tabla 35. Rangos y clasificación de la distribución de agregados ................................... 60 Tabla 36. Rangos y clasificación de la Compactación .................................................... 60 Tabla 37. Rangos y clasificación de la Densidad Aparente y La Porosidad Total en el suelo. ....................................................................................................... 61 Tabla 38. Rangos y clasificación de la Compactación ..................................................... 61 Tabla 39. Rangos y clasificación de la Infiltración ......................................................... 62 Tabla 40. Propuesta de Rangos y clasificación según resultados obtenidos en los análisis estadísticos de las variables físicas convencionales y alternativas. .... 63 LISTA DE FOTOGRAFÍAS Fotografía 1. Primer sitio de muestreo, área no controlada, con cobertura de bosque de guadua....................................................................................... 18 Fotografía 2. Primer sitio de muestreo, área no controlada, con cobertura de pastura ... 18 Fotografía 3. Segundo sitio de muestreo, área semicontrolada, plantación de guadua ... 19 Fotografía 4. Tercer sitio de muestreo, área controlada, 15 parcelas de escorrentía. ..... 19 Fotografía 5. Colector inferior con desnivel en el centro. Finca Nápoles, Montenegro, Quindío. ............................................................................... 26 Fotografía 6. Sistema de decantación de partículas de suelo. Finca Nápoles, Montenegro, Quindío. .............................................................................. 26 Fotografía 7. Método del cilindro para obtención de muestras de suelo. ...................... 27 Fotografía 8. Muestra de suelo disturbada. ................................................................... 29 Fotografía 9. Minisimulador de lluvia con un sistema de Vaso de Mariotte. ............... 31 Fotografía 10. Muestra de escorrentía. ............................................................................ 31 Fotografía 11. Muestra secada al horno. ......................................................................... 31 Fotografía 12. Muestra en el desecador. ......................................................................... 31 Fotografía 13. Muestra seca y pesada. ............................................................................ 31 Fotografía 14. Muestra de suelo disturbada y homogenizada. ........................................ 31 Fotografía 15. Tamizado suelo seco en tamiz de 2 mm. ................................................. 32 Fotografía 16. Tamizado suelo seco en tamiz de 0.25 mm. ............................................ 32 Fotografía 17. Secado acelerado de los agregados .......................................................... 32 Fotografía 18. Introducción y llenado del cilindro de infiltración. ................................. 33 Fotografía 19. Infiltración del agua. ................................................................................ 33. iv.

(10) LISTA DE FIGURAS Figura 1. Contexto Área de estudio, Departamento del Quindío-Municipio de Montenegro-Finca Nápoles. ........................................................................ 17 Figura 2. Uso de la tierra del área de estudio, Finca Nápoles (Montenegro, Quindío). ................................................................................... 18 Figura 3. Esquema de distribución y arreglo muestral de las 15 parcelas del área controlada. ....................................................................................................... 24 Figura 4. Ubicación de los sitios de muestreo, área de estudio, Finca Nápoles (Montenegro, Quindío). .................................................................................. 25 Figura 3. Esquema del funcionamiento del principio del Vaso de Mariotte . ................ 29 Figura 4. Diseño de la bandeja de escorrentía y recolectora de excedentes de lluvia simulada. ............................................................................................... 29 Figura 7. Densidad aparente del suelo (g/cm3) entre 0 y 15 cm de profundidad, para áreas no controladas (Bosque de guadua y pasto) ................................... 64 Figura 8. Agregados del suelo, estables al agua (%) entre 0 y 15 cm de profundidad, para áreas no controladas (Bosque de guadua y pasto) .................................... 64 Figura 9. pH del suelo entre 0 y 50 cm de profundidad, para áreas no controladas ......... 65 Figura 10. Materia Orgánica del suelo (%) entre 25 y 50cm de profundidad, para áreas no controladas ................................................................................ 65 Figura 11. Pérdida de suelo (t/ha), evaluada mediante un simulador de lluvia en áreas no controladas .................................................................................. 65 Figura 12. Infiltración en el suelo (cm/h), evaluada con cilindro en áreas no controladas ................................................................................................ 65 Figura 13. Agregados de los suelos estables al agua (%) entre 0 y 15 cm de profundidad, para áreas semicontroladas, ...................................................... 66 Figura 14. Compactación del suelo (Mpa) entre 0 y 45 cm de profundidad, para áreas semicontroladas. ............................................................................................. 66 Figura 15. Nitrógeno en el suelo (%) entre 0 y 50 cm de profundidad, para áreas semicontroladas, ............................................................................ 67 Figura 16. Sodio en el suelo (cmol/kg) entre 0 y 50 cm de profundidad, para áreas semicontroladas, ............................................................................................. 67 Figura 17. Pérdida de suelo (t/ha), evaluada mediante un simulador de lluvia en áreas semicontroladas, ............................................................................................ 67 Figura 18. Infiltración en el suelo (cm/h), evaluada mediante un cilindro, en áreas semicontroladas. ............................................................................................. 67 Figura 19. Pérdida de suelo (t/ha), evaluada con parcelas de escorrentía en áreas controladas, ............................................................................................ 68 Figura 20. Compactación del suelo (Mpa), entre 0 y 45 cm de profundidad, en áreas controladas. ...................................................................................... 68 Figura 21. Sodio en el suelo (cmol/kg), en áreas controladas, ........................................ 69 Figura 22. Fósforo en el suelo (ppm), en áreas controladas. ........................................... 69 Figura 23. Pérdida de suelo (t/ha), evaluada mediante un simulador de lluvia en áreas controladas, ....................................................................................... 69 Figura 24. Infiltración en el suelo (cm/h), evaluada mediante un cilindro, en áreas controladas. ....................................................................................... 69 Figura 25. División del área de monitoreo en unidades topográficas .............................. 75 Figura 26. División del área de monitoreo en unidades topográficas y cobertura. ......... 75 Figura 27. División del área de monitoreo en unidades de paisaje, cobertura y manejo. 76. v.

(11) vi.

(12) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo 1. RESUMEN. Capítulo: RESUMEN. En esta investigación se evaluaron propiedades físicas y químicas de los suelos usando métodos convencionales y alternativos bajo diferentes usos y coberturas de la zona de estudio y a partir de los resultados se diseñó una estrategia de monitoreo para la determinación de la calidad del suelo. El sitio de estudio fue la Finca Nápoles, situada en la Cuenca media del Río La Vieja, centrooccidente de Colombia en jurisdicción territorial del departamento del Quindío. Geográficamente se enmarca dentro de las coordenadas 4° 34' de latitud norte y 75° 45' de longitud oeste, ubicada a una altura de 1294 msnm, con una temperatura media anual de 24ºC y precipitación media anual de 1.600 mm. Dentro de la finca se utilizaron tres sitios de muestreo: el primero correspondió a lugares con pasturas y bosques naturales de guadua que se denominaron como “no controlados”. La cobertura bosques de guadua conformada por relictos de bosque, representa una de las condiciones de uso de la tierra que favorecen las interacciones ecológicas aportando efectos positivos sobre el suelo, mientras que la cobertura pasturas, representa una de las condiciones de uso de la tierra que puede tener mayores efectos negativos sobre el suelo en esta zona por la forma como se maneja convencionalmente. El segundo sitio correspondió a una plantación de guadua (Guadua angustifolia Kunth) de cinco años de establecida. Esta área se denominó “semicontrolada” y por último, el tercer sitio consistió en un experimento, donde se midió la pérdida de suelo bajo cinco (5) coberturas distintas. Esta área se denominó “controlada”. Para la evaluación de propiedades físicas y químicas del suelo de forma convencional entre ellas se midieron la densidad aparente (Da), porosidad tota (Pt), Distribución de agregados (DPM), agregados estables al agua (DPME), compactación y textura en cuanto a los físicos y las químicas pH, Nitrógeno total (N), Materia Orgánica (MO), Potasio (K), Calcio (Ca), Magnesio (Mg), Sodio (Na), Aluminio (Al), Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) y Fósforo (P). Mediante métodos alternativos se evaluó la estabilidad de agregados, la infiltración, la escorrentía y la pérdida de suelo. Con base en los resultados y mediante el análisis de componentes principales fue posible elucidar propiedades que se asocian con diferentes funciones del suelo y definir indicadores de calidad. Así mismo, se pudo establecer la frecuencia con que se deberían evaluar.Por consiguiente se desarrolló un sistema de monitoreo de la calidad del suelo como herramienta para la evaluación de agroecosistemas en el eje cafetero de Colombia, cuya selección se dio a partir de aquellas propiedades que presentaron mayor variabilidad en los diferentes análisis propuestos en esta investigación extrayendo 14 variables convencionales y 4 de las alternativas, apuntando a la contribución de herramientas para la planificación del uso del suelo en cuanto al mantenimiento, mejoramiento y restauración de este y así llegar a un manejo adecuado y racional del recurso, teniendo en cuenta aspectos importantes para la toma de decisiones como el conocimiento del área de muestreo, las coberturas, tiempo de establecimiento y recursos económicos disponibles.. José Alexander Rodríguez 2010. 1.

(13) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo 2. INTRODUCCIÓN La Conferencia de las Naciones Unidades sobre el Ambiente y el Desarrollo Río '92 (UNCED) marcó un hito muy especial al establecer la necesidad de desarrollar y aplicar diferentes metodologías para determinar el estado del ambiente y monitorear los cambios ocurridos a nivel local, nacional, regional y global. La determinación de estos cambios podría ayudar a realizar una mejor evaluación de la dimensión de los diferentes problemas ambientales, identificar y evaluar los resultados de la aplicación de las convenciones internacionales y los programas de acción, así como también, orientar las políticas nacionales (Cantú et al., 2007). La aplicación del Capítulo 40 de la Agenda 21 condujo al desarrollo de diversas metodologías que determinaron el uso generalizado de indicadores e índices para la evaluación de la calidad ambiental, calidad de suelos, entre otros. Así mismo diversas organizaciones han desarrollado programas donde se establecieron listas de indicadores para evaluar la calidad ambiental (Cantú et al., 2007). En este sentido en la ciencia del suelo, Blum & Santelises (1994) describieron el concepto de sustentabilidad y resiliencia del suelo basado en seis funciones ecológicas y humanas: el suelo como productor de biomasa; el suelo como reactor con filtros; el suelo como buffer y como transformador de materia para proteger el ambiente, el agua subterránea y la cadena de alimentos de la contaminación; el suelo como hábitat biológico y reserva genética; el suelo como medio físico y el suelo como fuente de recursos y de herencia cultural. Estos conceptos y los sugeridos por Warkentin (1996) fueron la base a partir de las cuales la Soil Sciencie Society of America estableció el concepto de calidad del suelo y Doran & Parkin (1994, 1996) y Doran et al. (1996) establecieron indicadores cuantitativos de calidad del suelo (Karlen et al., 1996).. La calidad física del suelo no se puede medir directamente, pero se infiere a través de indicadores y atributos de calidad estáticos o dinámicos, influenciados por el uso o prácticas de manejo (Carter, 2002, Sanchez-Maranon et al., 2002; Dexter, 2004). Puesto que el suelo es un recurso natural y un sistema muy complejo que permite el sostenimiento de las actividades productivas, pero por su amplia variabilidad, es difícil establecer una sola medida física o química que refleje su calidad (Bandick y Dick, 1999). Un indicador resume o simplifica información relevante haciendo que un fenómeno o condición de interés se haga perceptible y cuantifica, mide y comunica, en forma comprensible, información relevante. Los indicadores deben ser preferiblemente variables cuantitativas, aunque pueden ser cualitativas o nominales o de rango u ordinales, especialmente cuando no hay disponibilidad de información cuantitativa, o el atributo no es cuantificable o, cuando los costos para cuantificar son demasiado elevados. Las principales funciones de los indicadores son: evaluar condiciones o tendencias, comparar transversalmente sitios o situaciones, para evaluar metas y objetivos, proveer información preventiva temprana y anticipar condiciones y tendencias futuras (Doran & Parkin, 1996). Los cambios en la calidad del suelo deben ser monitoreados, en primer lugar, para identificar áreas problemáticas y en segundo lugar para asegurar la promoción de prácticas de manejo de tierra que. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: INTRODUCCIÓN. Se dice que dentro de las estrategias para garantizar la sustentabilidad de los agroecosistemas está el mejoramiento y conservación de la fertilidad y productividad del suelo y como parte de las estrategias para lograrlo, los indicadores proporcionan información sobre los cambios en las propiedades del suelo al ser sometido a diferentes condiciones de manejo y de uso (Astier et al. 2002).. 2.

(14) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo favorezcan la productividad y sostenibilidad del agroecosistema, para lo cual se requiere el desarrollo de indicadores cuantitativos (Ebert y Welch, 2004). Estos a su vez necesitan ser medidos especialmente a través de la evaluación de las propiedades o atributos físicos y químicos del suelo, los cuales deben ser fáciles de medir, sensibles a cambios generados por las prácticas de manejo, uso o cobertura de la tierra (Larson y Pierce, 1991;Needelman et al., 1999; Dexter, 2004). Hay propiedades que pueden verse afectadas por el tipo de labranza y aunque la materia orgánica no varía considerablemente dependiendo del sistema de labranza, si varían las propiedades físicas asociadas a ella, como densidad aparente, estabilidad estructural del suelo, comportamiento hidrológico y pérdida de suelo. Diversos investigadores han hecho esfuerzos en seleccionar propiedades de suelos que permitan de una manera directa evaluar la calidad del mismo y relacionar esto con la productividad y sostenibilidad del sistema (Bouma 1989; Larson y Pierce, 1994).Más aun cuando a través de la historia los métodos de cultivo como la labranza intensiva, la fertilización química, entre otras, dieron paso a la compactación del suelo, pérdida de biodiversidad, contaminación del suelo y el agua e incremento de la erosión (Navarro et al. 2008). Además según las características del medioambiente y del suelo, la calidad del mismo puede verse vulnerada por una explotación irracional y consecuente degradación. La incorporación de tierras a la agricultura resulta casi invariablemente el detrimento de la materia orgánica, debido al laboreo excesivo en sucesivas campañas que aumentan la aireación, la temperatura y la actividad microbiana. Esta situación se intensifica ante el uso de cultivos con controles de malezas en forma mecánica, afectando la estructura, la infiltración del agua y acrecientan la vulnerabilidad de la superficie del suelo a la erosión (Laí, 2003).. Klesta y Bartz (1996) expresaron que con mucha frecuencia la importancia de los análisis físicos no es tenida en cuenta, a pesar de que parámetros tales como compresibilidad, permeabilidad o distribución del tamaño de partículas, pueden ser extremadamente importantes para el logro de buenos resultados. Por ello, para lograr un sistema seguro de calidad se debe incluir propiedades físicas en el análisis. Lo anterior, se debe a que los atributos edáficos frecuentemente están poco integrados, ya que evalúan los procesos edafológicos de manera aislada (Astier et al. 2002); en esta investigación se pretende evaluar propiedades en conjunto generando un grupo de indicadores de la calidad del suelo que se puedan evaluar según las necesidades y alcances de los evaluadores.. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: INTRODUCCIÓN. Lo cual no está muy lejos de la realidad en la zona cafetera colombiana, representada aproximadamente por 5.766.397 hectáreas en los departamentos Risaralda, Quindío, Tolima, Caldas y Valle del Cauca (Camargo et al. 2007b), se caracteriza por presentar una gran diversidad en sus condiciones medioambientales, las cuales hacen que los sistemas de uso y manejo del suelo que allí se desarrollan sean diferentes, tratándose de una región y otra (Sadeghianet al. 2004). Donde debido a la disminución de los precios del café y la incidencia de la broca (Hypothenemushampei) en los años de 1992 a 1996 fueron reemplazados por otros cultivos y sistemas productivos, principalmente ganadería bovina basada en pastos mejorados con un sistema intensivo de manejo y otros usos agrícolas como el cultivo de cítricos, plátano y yuca (Rivera, 1996; Sadeghianet al. 2001). Lo que ha ocasionado la compactación de los suelos y con ello ha modificado la relación agua-aire-suelo expresado en el deterioro de las propiedades físicas y químicas, así como la diversidad biológica y pérdida de suelo (Marín y Feijoo, 2007; Feijoo et al. 2010).. 3.

(15) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo 3. JUSTIFICACIÓN Uno de los grandes problemas que aquejan a la humanidad es la destrucción acelerada de los recursos naturales, dentro de los cuales el suelo es quizá el que ha sufrido mayor daño por intervención humana, aunque es él que suministra los requerimientos diarios de nutrición para la humanidad (Amézquita, 1998). La tierra ha padecido procesos irreversibles de degradación, causados por un amplio rango de procesos, tales como erosión acelerada, desertificación, compactación, endurecimiento de los suelos, acidificación, disminución en el contenido de materia orgánica, diversidad y caída de la fertilidad del suelo (Lal, 1994). Frente a estas condiciones que afronta el recurso suelo, los especialistas del mundo se enfrentan a la generación de soluciones para contrarrestar tal degradación y al mismo tiempo se incrementa la presión sobre el recurso natural, en respuesta a la necesidad de producir más alimentos para una población creciente (Sadeghian, 2003). En las últimas dos décadas los procesos de crecimiento de la población y la transformación del paisaje debido a la actividad humana, han generado una preocupación de la sociedad por el futuro, que se expresa en numerosas iniciativas legislativas para mejorar la planeación, ordenamiento y uso del territorio. Esta preocupación es mayor en algunas áreas de las regiones andinas que se caracterizan por geoformas que predisponen a procesos erosivos del suelo (Sadeghian et al; 1999) y más por el cambio acelerado que ha tenido este territorio, por la introducción de otros cultivos y sistemas productivos, principalmente ganadería bovina basada en pastos mejorados con un sistema intensivo de manejo y otros usos agrícolas como el cultivo de cítricos, plátano y yuca, ocasionando el deterioro ambiental (Rivera, 1996; Sadeghianet al. 2001). Para lo que se hace necesario desarrollar herramientas para medir y monitorear los cambios ocasionados por los sistemas de producción (Kang , 1994; Astier et al., 2002); teniendo en cuenta propiedades físicas, químicas y biológicas; permitiendo analizar de manera integral el estado del suelo aportando elementos para la toma de decisiones sobre la implementación de sistemas de producción agropecuarios e identificando los síntomas del estado de la tierra y comprender las consecuencias para buscar o lograr un uso sostenible de la misma (Karlen et al., 2003; LEISA, 1997; Astier et al., 2002).. Lo anterior es lo que se pretende con esta investigación al tratar de encontrar aquellas propiedades del suelo que sean lo suficientemente sensibles como para detectar cambios por el uso y manejo. Además su importancia radica en el valor científico por completar estudios ya realizados en el tema, pero faltos en la región siendo un insumo fundamental en el caso de futuras investigaciones o proyectos encaminados a la evaluación de la calidad del suelo, orientando hacia la toma de decisiones efectivas con las que se busque minimizar el deterioro ambiental y uso racional de los recursos naturales.. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: JUSTIFICACIÓN. Actualmente resulta muy necesario la obtención de información para la identificación de beneficios ambientales generados desde el suelo, los impactos sobre el medio ambiente y la evaluación de los recursos naturales (Karlen et al., 2003). La información sobre suelos constituye un insumo esencial para los tomadores de decisiones (FAO, 2002). Sin embargo, la manera de adquirir, presentar e interpretar dicha información plantea paradigmas, ante los cuales se han abierto nuevos caminos que deben llevar a la incorporación de elementos y metodologías que permitan demostrar y evidenciar las ventajas, desventajas y efectos del manejo; además de determinar un seguimiento más accesible y de fácil manipulación (Cotler, 2003).. 4.

(16) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Considerables cambios han ocurrido en la composición del territorio; uno de los más notables, es la profunda transformación de los paisajes, producto de la intervención de las sociedades regionales para la construcción de la riqueza nacional y la expansión y ocupación del territorio. Estas recomposiciones de los ecosistemas y agroecosistemas, no solo han transformado profundamente la oferta ambiental, en algunos casos enriqueciéndola, y en muchos otros deteriorándola, sino que han dado lugar a conflictos de uso, que aunados a las tendencias de apropiación económica de tales recursos, han generado a su vez profundos conflictos sociales y ambiéntales (Wagenet y Hutson, 1997; Catu et al, 2007). Colombia no es ajena a estas condicones puesto que la utilización de las tierras del país, por parte de sus habitantes, tiene repercusiones importantes en cuanto a su sostenibilidad y a los beneficios sociales y económicos; ya que presenta una gran diversidad de suelos, esto se debe a la variedad de climas, geología, relieve y vegetación que cubre la superficie; los cuales bien utilizados, están en capacidad de producir bienestar al país, sin embargo su inadecuado manejo, por el contrario, se traducirá en pobreza, tanto social como ambiental (Espinosa, 2008). Los suelos predominantes en el territorio presentan limitaciones por su excesiva humedad, baja fertilidad y por su localización en relieves escarpados de altas pendientes. Los suelos altamente eficientes para usos agrícolas solo alcanzan el 20% del total del país. El 50% corresponde a suelos que deberían destinarse para bosques o reservas naturales. Un 30% está conformado por suelos de tierras planas o quebradas, pero con limitaciones para la agricultura (IGAC, 2002; Lizcano et al., 2006).. Diversos estudios departamentales y regionales han demostrado que muchas de las tierras con vocación agropecuaria se encuentran actualmente utilizadas inadecuadamente, siendo en algunos casos subutilizadas. Zonas de grandes latifundios, o sobreexplotadas en zonas de minifundio; ello conduce a que gran parte de la actividad productiva se localice en tierras con menor capacidad para estos usos, coadyuvando a la degradación del medio natural y al empobrecimiento paulatino y creciente de la población campesina (IGAC, 2002; Murgueitio y Ibrahim, 2008). En este sentido, la ganadería extensiva se ha expandido sobre tierras apropiadas para usos agrícolas y forestales, trayendo como consecuencia la evidente sobreutilización e ineficiencia en el uso de los recursos, lo cual repercute en los campos social, económico y ambiental. Entre sus consecuencias se pueden citar la menor generación de empleo rural, la mayor concentración de la propiedad de la tierra, el incremento en el dominio territorial con la expansión de las grandes fincas y la homogenización de la cobertura terrestre, con alta pérdida de biodiversidad. Muchas tierras, por otra parte, cuya aptitud prioritaria de uso es la forestal, o a lo máximo agroforestal, están soportando actualmente la mayor actividad agrícola generadora de alimentos de la canasta básica, con perjuicios no sólo económicos para los productores, por la baja productividad y competitividad de sus productos, sino por. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Actualmente Colombia presenta serios problemas de conservación de suelos, producto de la tala indiscriminada, el sobre pastoreo y la contaminación. Factores que aceleran la erosión, alcalinización y acidificación de los suelos (IGAC, 2002).. 5.

(17) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo las consecuencias ambientales que de ello se derivan (IGAC, 2002; Murgueitio y Ibrahim, 2008). Por lo tanto, hoy día se enfrenta la problemática de intensificar, preservar e incrementar la calidad de la tierra. Para ello, es necesario contar con indicadores de calidad del suelo y de manejo sostenible de la misma, tal como se cuenta para dar seguimiento a variables sociales y económicas. El adecuado manejo de los indicadores de calidad del suelo debe redundar en un mejor manejo de la sostenibilidad del recurso, de la agricultura sostenible y en la toma de decisiones de políticas de uso del suelo. El desarrollo de indicadores de calidad del suelo debería basarse en el uso de este recurso, en la relación entre los indicadores y en la función del suelo que se esté evaluando. Deben considerarse propiedades edáficas que cambien en un periodo de tiempo relativamente corto (Lai, 2003).. Capítulo: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. De lo anteriormente expuesto se desprende la necesidad de contar con un mínimo de indicadores de calidad de suelos, de simple medición, bajos costos y con validez local, que puedan ser utilizados por agencias gubernamentales y responsables del manejo del suelo en la evaluación y seguimiento en el tiempo, de la calidad de este recurso y así tomar decisiones que lleven a un uso sostenible.. José Alexander Rodríguez 2010. 6.

(18) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo 5. MARCO CONTEXTUAL Los suelos son sistemas naturales que mantienen interrelaciones con otros componentes de los ecosistemas terrestres a través de flujos interactivos. Esta visión del suelo desde una perspectiva holística es resultado de un largo proceso cambiante en la percepción del suelo a lo largo de su dilatada relación con la humanidad. Desde las iniciales concepciones del suelo como parte esencial en la producción de alimentos, paulatinamente se han ido incorporando otras visiones o modelos conceptuales que han pretendido ofrecer respuestas a las distintas necesidades socioeconómicas o medioambientales de cada época (Sanchez-Maranon et al., 2002). En este proceso evolutivo de percepción del suelo se han ido desarrollando enfoques conceptuales con distintos objetivos. Desde la realización de inventarios de suelos, y su distribución territorial, la planificación agraria, la gestión del territorio o la protección ambiental. El conocimiento científico ha ido aportando nuevas facetas, funciones e interacciones de este complejo sistema natural (Navarro et al. 2008). Cuando se considera el suelo como ente natural, éste se concibe como el resultado de la acción conjunta de los agentes de meteorización, actuando en el tiempo sobre los materiales litológicos originales. Las variaciones de los factores ambientales dan lugar a la división del suelo en distintas entidades naturales. En los estudios agronómicos y forestales es considerado como sustrato para el crecimiento de las especies vegetales y se presta particular atención a sus propiedades físicas y químicas, a la actividad biológica, a los flujos de iones (nutrientes) y al régimen térmico. En el suelo como manto de transmisión de agua es considerado como un componente esencial del ciclo hidrológico, interviniendo como medio de almacén y transporte para el agua y los solutos. El estudio y conocimiento de la conductividad hidráulica, capacidad de retención de agua, escorrentía y drenaje, son los principales aspectos en este modelo, el cual tiene importantes aplicaciones en el campo de la planificación agrícola, de la gestión, conservación de suelos y aguas (Rubio y Recatalá, 1998).. Todo esto da una idea clara de la multidisciplinariedad y de las numerosas interacciones del suelo con el resto de los componentes del ecosistema y con las actividades humanas. Según Rubio y Recatalá, 1998 se puede considerar al suelo sencillamente como la capa superior de la superficie terrestre que funciona como soporte y sustento de la mayor parte de las actividades que acontecen en la biosfera. Por ello, su importancia es tan evidente que a veces pasa desapercibida. Como hemos visto, además de ser la base de la vegetación y el hábitat de gran parte de la fauna, el suelo regula el ciclo del agua e interviene en los grandes flujos de energía e intercambios de gases con la atmósfera. Los distintos procesos de degradación edáfica, además de su repercusión en el suelo en sí mismo, se trasladan y repercuten en otros componentes y funciones de los sistemas naturales, como pueden ser el ciclo hidrológico, la riqueza en biodiversidad, la producción agraria o las emisiones a la atmósfera.. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: MARCO CONTEXTUAL. Los anteriores son los enfoques conceptuales más utilizados al definir al suelo con una determinada visión sectorial; pero debido a su complejidad y peculiaridades, con ellos no se agota el tema (Rubio y Recatalá, 1998). Actualmente gana terreno el concepto de calidad del suelo, que se basa en sus características de multifuncionalidad y que puede ser descrito en términos de una combinación de propiedades del suelo referidas a las funciones naturales de éste (Recatalá y Sánchez, 1993).. 7.

(19) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo Entonces, el suelo es un recurso natural y un sistema complejo que permite el sostenimiento de las actividades productivas, pero por su amplia variabilidad, es difícil establecer una sola medida física o química que refleje su calidad (Bandick y Dick, 1999). Más aún, cuando la calidad física del suelo se mide a través de indicadores de calidad del suelo estáticos o dinámicos, influenciados por el uso o prácticas de manejo (Carter, 2002, Sanchez-Maranon et al., 2002; Dexter, 2004), como la labranza intensiva, la fertilización química, entre otros, y que a través de la historia han dado paso a la compactación, pérdida de biodiversidad, contaminación del suelo e incremento de la erosión (Navarro et al. 2008). Dentro de las prácticas de manejo que han dado paso a los impactos ambientales antes mencionados y que durante las últimas décadas se ha observado en incremento son las áreas bajo pasturas. Este fenómeno está asociado en muchos casos a fracasos con otros usos de la tierra donde se opta por la ganadería al ser un uso que representa para los productores menos incertidumbre que los cultivos agrícolas (Camargo et al. 2007a).Así que el eje cafetero Colombiano (Departamentos de Risaralda; Quindío; Caldas; y parte del Valle del Cauca y Tolima) hace parte de uno de estos fracasos ya que, los problemas que tienen que ver con la caída de los precios del café en el mercado internacional, ocasionaron un importante cambio en los usos del suelo, especialmente direccionados al establecimiento de pasturas, donde los productores generalmente establecen sistemas intensivos de pastoreo, con altas cantidades de fertilizantes nitrogenados y el uso de herbicidas, los cuales generan efectos negativos al ambiente (Gaviria & Cardona, 2003). La ganadería bovina involucra gran variedad de sistemas productivos manejados por distintas etnias y grupos sociales enmarcados en diferentes regímenes climáticos, tipos de suelos y formaciones vegetales, con una enorme variación en los parámetros biológicos, técnicos, económicos, sociales de estos sistemas y un impacto ambiental que fluctúa entre el desgaste absoluto e irreversible de los suelos hasta la restauración parcial de ecosistemas degradados (Murgueitio, 1999).. Los guaduales viven y se desarrollan asociados a áreas de gran potencial agrícola, es decir, suelos ricos, jóvenes y de buena capacidad productiva, son ecosistemas de ambiente temporalmente intervenido que crean un microclima especial caracterizado por una economía hídrica eficiente, donde se propicia el desarrollo de una diversidad considerable de fauna y flora. El reciclaje de nutrientes a través del retorno de grandes cantidades de materiales orgánicos de composición variada juega un papel importante en la fertilidad de suelos que se ve favorecida por este ambiente; constituyendo además una especie de importancia en la economía de los propietarios de las fincas, ya que les genera ganancias que se logran al cosechar el guadual (Giraldo y Sabogal, 2005). En estas áreas de “transición” los productores han buscado la diversificación de los sistemas productivos como respuesta a la vulnerabilidad ocasionada por la crisis de precios del café. Esta. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: MARCO CONTEXTUAL. Pero no todo es malo ya que dentro de los usos que se le ha dado al suelo también se encuentran las áreas boscosas con potencial para la producción, presentes también en la zona cafetera de Colombia, donde a pesar de que la mayor parte de los bosques naturales ya fueron talados y reemplazados por pasturas, existen bosques donde la especie más importante es la guadua (Guaduaangustifolia Kunth) (Camargo et al, 2007b); especie que está más allá de las prácticas de manejo y aprovechamiento sostenibles, ofreciendo un gran potencial para incrementar a las comunidades la oferta de bienes y servicios ambientales (Giraldo y Sabogal, 2005).. 8.

(20) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo diversificación de actividades, componentes, funciones y recursos biológicos constituyen una estrategia para la generación del ingreso familiar (monetario y no monetario) y sector rural, las cuales se alternan en el tiempo dependiendo de las fluctuaciones climáticas. Sin embargo, no hay que olvidar que en América central y en Colombia el café se maneja en zonas de laderas, situación que implica que sí el manejo de dicho proceso de cambio de usos del suelo no es adecuado, eventualmente podría causar impactos ambientales negativos (De Melo et al, 2004). En consecuencia, las estrategias para garantizar la sustentabilidad de los agroecosistemas comprenden el mejoramiento y conservación de la fertilidad, productividad y estructura del suelo; ya que la sostenibilidad se define como el desarrollo que satisface las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras para atender sus propias necesidades (Brundtland, 1987; CMMAD, 1998) y para que éstas estrategias sean exitosas se requieren indicadores que proporcionen información sobre los cambios que presenten las propiedades físicas y químicas del suelo al momento que sea sometido a diferentes condiciones de manejo (Astier et al. 2002). Cambios que deben ser monitoreados para identificar áreas problemáticas y para asegurar la promoción de prácticas de manejo que favorezcan la productividad y sostenibilidad del agroecosistema, para lo cual se requiere el desarrollo de indicadores que permitan conocer estos cambios (Ebert y Welch, 2004). Dichos indicadores deben ser fáciles de medir, sensibles a cambios generados por las prácticas de manejo y usos de la tierra o coberturas, medidos a través de la evaluación de las propiedades físicas y químicas del suelo, cuyos valores mostrarían su calidad (Larson y Pierce, 1991; Dexter, 2004); puesto que un indicador debe comunicar información relevante de su estado actual y potencial (Herrick, 2000; Astier, 2002); en este sentido se han adelantado diversas investigaciones, como por ejemplo, lo encontrado por Needelman et al., 1999 quien dice que los atributos biológicos y físicos están fuertemente influenciados por el contenido de materia orgánica, la cual es una de las propiedades más afectadas por las condiciones de manejo y que la materia orgánica y el nitrógeno son atributos sensibles a los cambios de uso en los agroecosistemas. Por tanto, diversos investigadores han hecho esfuerzos en seleccionar propiedades que permitan, de una manera directa, evaluar la calidad del suelo y relacionar esto con la productividad y sostenibilidad del sistema; encontrando propiedades que pueden cambiar con el manejo como la densidad aparente, estabilidad estructural del suelo, comportamiento hidrológico y pérdida de suelo (Bouma 1989; Larson y Pierce, 1994).. La escasa investigación básica que se ha hecho en el país y los menguados presupuestos asignados por la Nación a las entidades encargadas de estudiar nuestro recurso edáfico, no han permitido adquirir el conocimiento que se requiere para contar con algunas ventajas que faciliten al agro colombiano, en la parte del manejo de los suelos, ser competitivo, sostenible y limpio en su producción (Jaramillo, 2004).. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: MARCO CONTEXTUAL. Los suelos de Colombia son, en general, recursos de bajo nivel de fertilidad. Se requiere conocer de manera detallada su ubicación y sus características, de modo que se pueda hacer un uso y manejo adecuado a sus potencialidades (Jaramillo, 2004).. 9.

(21) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo. 6. MARCO CONCEPTUAL 6.1 AGROECOSISTEMAS Los agroecosistemas son sistemas antropogénicos, es decir, su origen y mantenimiento van asociados a la actividad del hombre que ha transformado la naturaleza en sus componentes bióticos y abióticos para obtener principalmente alimentos, que por la antigüedad de la actividad humana y el ritmo pausado de las intervenciones durante las diversas etapas de la agricultura ha permitido un notable acoplamiento entre las prácticas agrícolas y los ecosistemas seminaturales que se generan (Sans, 2007; Riden y Bollen 2007). Los agroecosistemas pueden ser una alternativa sostenible y competitiva para el desarrollo agropecuario, en la cual se dan interacciones ecológicas y económicas entre los componentes del sistema; el mismo posee atributos como la modificación del microclima, conservación de las propiedades del suelo, control de plagas y enfermedades, regulación hídrica, desarrollo de la biodiversidad y diversificación de la producción (Nicholls y Altieri 2006; Gutiérrez et. al. 2001). En algunos agroecosistemas se busca la diversificación de cultivos y el mejoramiento de la fertilidad del suelo y de su calidad a través del incremento de la materia orgánica y la conservación de la biodiversidad, teniendo como integrador de los componentes la vegetación (Altieri y Nicholls 2006; Wardle et al. 2004). 6.2 FUNCIONES DEL SUELO Función se define como la actividad propia o finalidad de algo; según Blum, 1994; existen cinco importantes funciones del suelo: tres de ellas son funciones ecológicas y las dos restantes se refieren a aspectos socioeconómicos.. La segunda función se considera el filtrado, amortiguación y transformación. Tal función opera sobre los procesos de movimiento, transporte y transformación de flujos de sustancias y energía. Puede ser considerada como un conjunto de mecanismos internos del suelo que influyen para la génesis, evolución y diferenciación del perfil del suelo y también como la función para regular el intercambio de componentes con la atmósfera, cobertura vegetal, hidrosfera y ecosistemas circundantes. Entre los muchos procesos implicados en esta función pueden incluirse: filtrado de sustancias procedentes de la lluvia, capacidad amortiguadora para sustancias químicas, infiltración y drenaje, capacidad de almacenamiento de sustancias y nutrientes, regulación del intercambio de energía, y el papel del suelo como fuente y sumidero de gases (Rubio, 1997; Pacheco, 2000).. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: MARCO CONCEPTUAL. Dentro de las funciones se encuentra la producción de biomasa, ya que los suelos son el sustrato de una amplia variedad de plantas, animales y microorganismos que viven en el mismo contribuyendo a crear un medio, que resulta básico para la producción primaria de los ecosistemas terrestres; siendo esta la más crucial, tanto en términos de actividades agrícolas y forestales, como en su proyección para proporcionar biodiversidad y diferenciación paisajística (Giraldo y Sabogal, 2005).. 1 0.

(22) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo La tercera y última función ecológica es el hábitat biológico y reserva genética, considerada como la relación entre el suelo y las plantas superiores. Así como la contribución importante y sustancial de los compuestos endoorgánicos del suelo a la riqueza en biodiversidad y genética. Un suelo contaminado puede resultar afectado por alteraciones en procesos microbiológicos importantes como mineralización, humificación o génesis de la estructura. También los cambios químicos en la reacción del suelo pueden movilizar componentes tóxicos o alterar el ciclo de nutrientes (Karlen et al. 1997). La reserva genética del suelo se constituye en una importante reserva potencial para procesos biotecnológicos en los campos de la industria farmacéutica y producción agroalimentaria. Otros aspectos importantes para un mejor conocimiento del suelo como hábitat se refieren a las posibilidades de aplicación de la información para desarrollar metodologías para la restauración del suelo (Giraldo y Sabogal, 2005, Karlen et al. 1997). Las siguientes funciones consideradas como socioeconómicas son el medio físico y fuente de materias primas. La primera se refiere a la producción de bienes y servicios. Bajo esta perspectiva el suelo tiene una función económica, la cual es más o menos intensa dependiendo del uso del territorio: tierras productivas versus áreas marginales, pastos, producción forestal, presas, carreteras, etc. La segunda función socioeconómica es la fuente de materias primas. El suelo es también fuente de materias primas para numerosas actividades. La extracción de turba, grava, arena, arcilla, rocas, etc. es una importante y creciente función económica del suelo. Los impactos ambientales producidos por estas extracciones todavía no están bien regulados, dejando permanentes y visibles huellas sobre el paisaje (Giraldo y Sabogal, 2005; Karlen et al. 1997). En conclusión las funciones físicas, químicas y biológicas especificas del suelo incluyen la captación, mantenimiento y liberación de nutrientes, agua y mantener un hábitat edáfico adecuado para las actividades biológicas de este (Brejda y Moorman, 2001).. El suelo es un sistema vivo y dinámico que incluye componentes físicos, químicos, biológicos y sus interacciones. La medición de propiedades que describen estos componentes de manera holística, permite definir la calidad del suelo (USDA, 1999; Gayoso y Alarcón, 1999). La calidad del suelo se define en términos de la capacidad del mismo para el cumplimiento de funciones, dependiendo de su resistencia y de su resiliencia (Sojka y Upchurch, 1999; Singer y Ewing, 2000). De esta manera el concepto de calidad del suelo, se relaciona con las funciones que cumple, como garantizar la productividad del sistema sin perder sus propiedades físicas, químicas y biológicas, atenuar los contaminantes ambientales y patógenos así como favorecer la salud de plantas, animales y humanos (Herrick, 2000; Karlen et al., 2001). La calidad del suelo es la capacidad de funcionamiento dentro de los límites del ecosistema del que forma parte y con el que se interrelaciona, y su capacidad para interceptar, almacenar y reciclar agua, nutrientes y energía para la producción de especies vegetales y animales, preservando un ambiente saludable (Doran y Parkin, 1994; Moscatelli et al., 2006). 6.4 EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL SUELO La manera clásica de medir la calidad del suelo ha sido a través de propiedades químicas, físicas y biológicas. Para poder evaluarla adecuadamente se debe contar con elementos y herramientas que. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: MARCO CONCEPTUAL. 6.3. CALIDAD DEL SUELO. 1 1.

(23) Desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad del suelo permitan conocer su condición actual, lo cual se logra con un diagnóstico y monitoreo (Sadeghian et. al., 2000; Karlen et al., 1997). Las propiedades del suelo son expresadas mediante características a través de herramientas que pueden ser convencionales y alternativas, usadas como mecanismos de análisis para detectar tendencias y determinar si los actuales sistemas de manejo están conservando, mejorando o degradando el suelo. El adecuado uso y la correcta interpretación de los resultados depende de la forma como sean analizadas las propiedades en términos de exactitud, sensitivos a los cambios y la utilidad de estos frente a la evaluación de múltiples atributos biológicos, químicos, físicos y sus interacciones (Larson y Pierce, 1991; FAO, 2001). 6.5 INDICADORES DE LA CALIDAD DEL SUELO Los elementos que permiten conocer la condición del suelo son indicadores y se constituyen instrumentos para el análisis de su calidad (Arshad y Martin, 2002; Islam y Weil, 2000). Los indicadores son propiedades, que permiten monitorear limitantes, ventajas y cambios en el suelo (Irigoin, 2004; Brejda et al. 2000). Un indicador es entonces una herramienta de medición que resume o simplifica información relevante, haciendo que un fenómeno o condición de interés se haga perceptible y que cuantifique, mida y comunique información relevante de su estado actual y potencial (Astier, 2002; Bending et al., 2004). Los indicadores más útiles son aquellos que pueden detectar el efecto de cambios en el manejo, uso y coberturas (Morón, 2004; Marinari et al., 2006). Además los indicadores de calidad de suelo deben cumplir con: describir los procesos del ecosistema, reflejar las propiedades que se quieran medir, accesibles a muchos usuarios, aplicables a condiciones de campo, reproducibles, fáciles de entender y sensitivos a los cambios (Karlen et al., 2003; Bautista et al., 2004).. Los indicadores deben ser: ¾. Limitados en número y manejables por diversos tipos de usuarios; sencillos, fáciles de medir y tener un alto grado de agregación, es decir, deben ser propiedades que resuman otras cualidades o propiedades; interdisciplinarios; en lo posible deberán contemplar la mayor diversidad de situaciones por lo tanto incluir todo tipo de propiedades de los suelos (químicas, físicas, biológicas, etc.); tener una variación en el tiempo tal que sea posible realizar un seguimiento de las mismas, asimismo, no deberán poseer una sensibilidad alta a los cambios climáticos y/o ambientales pero la suficiente como para detectar los cambios. José Alexander Rodríguez 2010. Capítulo: MARCO CONCEPTUAL. Un indicador es una variable que resume o simplifica información relevante haciendo que un fenómeno o condición de interés se haga perceptible y que cuantifique, mida y comunique, en forma comprensible, información relevante. Los indicadores deben ser preferiblemente variables cuantitativas, aunque pueden ser cualitativas o nominales o de rango u ordinales, especialmente cuando no hay disponibilidad de información cuantitativa, o la propiedad no es cuantificable, o cuando los costos para cuantificar son demasiado elevados. Las principales funciones de los indicadores son: evaluar condiciones o tendencias, comparar transversalmente sitios o situaciones, para evaluar metas y objetivos, proveer información preventiva temprana y anticipar condiciones y tendencias futuras (Elmholt et al., 2000; Herrick, 2000).. 1 2.